發酵學培養基演示文稿目前一頁\總數七十頁\編于五點發酵學培養基目前二頁\總數七十頁\編于五點第一節概述第二節培養基的成分第三節培養基的種類與選擇第四節影響培養基質量的因素目前三頁\總數七十頁\編于五點一、培養基的定義二、配制工業發酵培養基的一般要求第一節概述目前四頁\總數七十頁\編于五點培養基是提供微生物生長繁殖和生物合成各種代謝產物所需要的、按一定比例配制的多種營養物質的混合物。一、培養基的定義分批發酵工藝：菌種發芽生長擴大菌體繁殖發酵罐內的菌體生長產物合成培養基的優劣影響菌體繁殖產物的合成產品的分離精制產品的產量和質量目前五頁\總數七十頁\編于五點堿性培養基中：產黃青霉菌的菌絲體短而粗，易成球狀體。培養基中加海藻酸或甲基纖維素能誘發產黃青霉菌和黑曲霉菌的菌絲體呈絲狀體生長。二價陽離子促進菌絲體呈球狀，用陰離子聚合物可以阻止二價陽離子的影響。檸檬酸發酵中（黑曲霉菌）和衣康酸發酵中（土曲霉菌），菌絲體為球狀體時的產酸最高，而產黃青霉菌發酵青霉素時，絲狀體時的產量最高。生物素改變細胞膜的通透性，減少反饋抑制。（谷氨酸發酵）青霉素抑制G＋菌細胞壁形成，而改變細胞的通透性。表面活性劑改變細胞的通透性。（酶制劑發酵）目前六頁\總數七十頁\編于五點二、配制工業發酵培養基的一般要求1.營養物質組成豐富、濃度適當。2.在一定條件下，各種材料間不能產生生化反應，理化性質相對穩定。3.粘度適中，具有適當的滲透壓4.

主產物合成達到最高速率，發酵后所形成的副產物盡可能的少。5.生產過程中既不影響通氣與攪拌的效果，又不影響或少影響產物的分離精制和廢物處理。6.大規模生產時要考慮材料的成本。目前七頁\總數七十頁\編于五點第二節培養基的成分碳源氮源無機離子促進劑和抑制劑水分生長因子前體目前八頁\總數七十頁\編于五點一、碳源

凡是用于構成微生物細胞和代謝產物中碳素的營養物質均稱為碳源。它既是構成菌體細胞和代謝產物的主要元素，又是提供微生物生命活動中所需能源的原料。目前九頁\總數七十頁\編于五點葡萄糖：葡萄糖、淀粉水解液蔗糖：甜菜糖蜜、甘蔗糖蜜、粗紅糖、精白糖、乳糖：純乳糖、乳清粉淀粉：大麥、大米、燕麥粉、黑麥粉、玉米、野生植物、薯類等工業常用的碳源還有脂肪、有機酸和醇、烴類化合物、食品工廠的下腳料等。糖類目前十頁\總數七十頁\編于五點糖蜜糖蜜是制糖生產時的結晶母液，它是制糖工業的副產物。糖蜜主要含有蔗糖，總糖可達50%～75%。一般糖蜜分甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜。除糖份外，含有較多的雜質，其中有些是有用的，但是許多都會對發酵產生不利的影響，需要進行預處理。例：谷氨酸發酵有害物質：膠體成分（起泡、結晶）、鈣鹽（結晶）生物素（發酵控制）預處理：澄清→脫鈣→脫除生物素例：檸檬酸發酵有害物質：鐵離子含量高（導致異檸檬酸的生成）預處理：→黃血鹽目前十一頁\總數七十頁\編于五點淀粉用于抗生素、氨基酸、核苷酸、有機酸、醇、酶制劑等發酵生產優點：來源廣泛、價格低，可解除葡萄糖效應。缺點：難利用。微生物必須能分泌水解淀粉的酶類發酵液比較稠、一般>2.0%時加入一定的α-淀粉酶目前十二頁\總數七十頁\編于五點脂肪霉菌和放線菌可以用脂肪作為碳源。發酵過程中加油脂主要是用于消沫和補充碳源。利用油脂作碳源需要大量的氧，供氧不充分易產生過量有機酸而降低pH值，且油脂貯藏過程易酸敗。

目前十三頁\總數七十頁\編于五點有機酸、醇

主要在單細胞蛋白、氨基酸、維生素和某些抗生素的發酵生產中作為碳源。甘油是最常用的補充碳源，常用于抗生素和甾體轉化的發酵中，而山梨醇是生物Vc的重要中間體。目前十四頁\總數七十頁\編于五點碳氫化合物（各種烴類）

多為各種石油產品，已在單細胞蛋白、氨基酸、核甘酸、有機酸、維生素、酶類、糖類、某些抗生素發酵中應用。最常用效果最好是正十六烷。裂烴棒狀菌RT的抗青霉素突變株用正十六烷生產谷氨酸，可達每升84g/L。用正十六烷和正十四烷生產α-酮戊二酸、檸檬酸、VB12等。常用的烴有甲烷、乙烷、丁烷、C12-C20等各種烷烴。目前十五頁\總數七十頁\編于五點二、氮源

是指構成微生物細胞和代謝產物中的氮素的營養物質。其主要功能是構成微生物菌體的細胞物質（如氨基酸、蛋白質、核算等）和含氮的代謝產物。主要分為有機氮源和無機氮源。目前十六頁\總數七十頁\編于五點含有豐富的蛋白質、肽類、游離的氨基酸含有少量的糖類、脂肪、無機鹽和生長因子等。1.有機氮源：蛋白胨：多由動物組織或植物水解制備黃豆餅粉：全脂、低脂、脫脂三類棉籽餅粉：低溫提取油脂、高溫提取油脂，青霉素生產等玉米漿：玉米淀粉生產的副產物，干玉米漿和液態玉米漿，含可溶性蛋白、生長因子（生物素），硫、磷、微量元素等酵母粉：含蛋白質，氨基酸、維生素等，來自啤酒酵母和面包酵母尿素：相對單一，流加時溫度不宜過高，否則游離氨過多，使pH升高，一般在培養基冷卻后加入。目前十七頁\總數七十頁\編于五點成分復雜：除提供氮源外，有些有機氮源還提供大量的無機鹽及生長因子。例玉米漿：①可溶性蛋白、生長因子（生物素）、苯乙酸②較多的乳酸③硫、磷、微量元素等目前十八頁\總數七十頁\編于五點有機氮源成分復雜可以從多個方面對發酵過程進行影響，而另一方面有機氮源的來源具有不穩定性。所以在有機氮源選取時和使用過程中，必須考慮原料的波動對發酵的影響，經常需要搖瓶小試。目前十九頁\總數七十頁\編于五點2.無機氮源銨鹽中的氮與細胞中的有機氮化合物中的氮處于相同的氧化水平，可被菌體直接吸收利用。硝酸鹽中的氮原子必先還原成氨后，才能被菌體吸收利用。銨鹽、硝酸鹽和氨水：成分單一，質量較穩定目前二十頁\總數七十頁\編于五點特點：微生物對它們的吸收快，所以也稱之謂迅速利用的氮源。但無機氮源的迅速利用常會引起pH的變化如：生理酸性物質生理堿性物質所以選擇合適的無機氮源有兩層意義：滿足菌體生長穩定和調節發酵過程中的pH目前二十一頁\總數七十頁\編于五點三、無機鹽和微量元素磷、硫、鐵、鎂、鈣、鋅、鈷、鉀、鈉、錳、氯等，低濃度時常呈刺激作用，而高濃度時常表現抑制作用。無機鹽類是微生物生命活動所不可缺少的物質。主要功用是：①構成菌體成分；②作為酶活性基團的組成部分或維持酶的活性；③調節滲透壓、pH值、氧化還原電位等；目前二十二頁\總數七十頁\編于五點磷：是構成菌體核酸、核蛋白等細胞質的組成成分，是許多輔酶和高能磷酸鍵的成分，又是氧化磷酸化反應的必需元素。硫：含硫氨基酸（胱氨酸，半胱氨酸，蛋氨酸等）的組成部分，輔酶的活性基。鈉、鉀、鈣：可維持細胞滲透壓，可調節細胞透性，一些酶的激活劑。鎂：激活一些酶活性。鐵：是菌體的細胞色素、細胞色素氧化酶和過氧化物酶的組成元素。過量可降低抗生素的產量。（青霉素發酵）鋅：是鏈霉素發酵的必需元素，微量的鋅能促進鏈霉素、青霉素的發酵。鈷：是VB12組成元素之一，適量可提高產量。目前二十三頁\總數七十頁\編于五點A.對于其它渠道有可能帶入的過多的某種無機離子和微量元素在發酵過程中必須加以考慮例：鐵離子：青霉素發酵中，鐵離子的濃度要小于20μg/ml

發酵罐必須進行表面處理注意事項B、使用時注意鹽的形式（pH的變化）例：黑曲酶NRRL-330,生產α-淀粉酶，P對酶活的影響

pH酶活不加4.25120分鐘加K2HPO45.4530分鐘加KH2PO44.6275分鐘目前二十四頁\總數七十頁\編于五點

從廣義上講，凡是微生物生長不可缺少的微量的有機物質，如氨基酸、嘌呤、嘧啶、維生素等均稱生長因子。

四、生長因子

如谷氨酸生產菌均為生物素缺陷型，以生物素為生長因子,生長因子對發酵的調控起到重要的作用。

有機氮源是這些生長因子的重要來源，多數有機氮源含有較多的B簇維生素和微量元素及一些微生物生長不可缺少的生長因子目前二十五頁\總數七十頁\編于五點一些維生素生長因子及其生理功能維生素生理功能維生素B1（硫胺素）脫羧酶輔酶，與酮基轉移有關維生素B2（核黃素）構成黃素單核苷酸和黃素腺嘌呤二核苷酸，作為電子傳遞鏈中的遞H體維生素B3（泛酸）輔酶A（CoA）的前體物質之一，遞酰基體，是細胞內多種酶的輔酶維生素B5（煙酸）又稱尼克酸，是輔酶I，輔酶II的前體，參與細胞內很多氧化還原反應維生素B6（吡哆醇）其磷酸酯是轉氨輔酶，也與氨酸酸消旋和脫羧有關維生素B11（葉酸）構成四氫葉酸，傳遞各種C1分子維生素B12（鈷胺素）變位酶輔酶維生素H（生物素）硫辛酸羧化酶輔酶，在脂肪酸代謝中有重要作用遞酰基體，常與CoA、VB1協同作用目前二十六頁\總數七十頁\編于五點如合成青霉素G的苯乙酸五、前體指某些化合物加入到發酵培養基中，能被微生物在生物合成過程中結合到產物分子中去，其自身結構并無多大變化，但產物產量卻因前體的加入有較大提高。青霉素：分子量356苯乙酸:分子量136目前二十七頁\總數七十頁\編于五點濃度過高，則對菌體的生長有毒副作用。前體相對價格較高，添加過多，容易引起揮發和氧化。流加也有利于提高前體的轉化率用法：前體使用時普遍采用流加的方法

一般基礎料中僅僅添加0.07%。Why？目前二十八頁\總數七十頁\編于五點幾種常見的前體產物前體產物前體青霉素G苯乙酸等維生素B12鈷化物青霉素O烯丙基-巰基乙酸絲氨酸甘氨酸青霉素V苯氧乙酸色氨酸吲哚、氨茴酸鏈霉素肌醇、精氨酸等蛋氨酸2-羥基-4-甲基硫代丁酸金霉素氯化物等異亮氨酸D-蘇氨酸紅霉素丙酸、丙醇等蘇氨酸高絲氨酸灰黃霉素氯化物目前二十九頁\總數七十頁\編于五點六、產物促進劑所謂產物促進劑是指那些非細胞生長所必須的營養物，又非前體，但加入后卻能提高產量的添加劑。目前三十頁\總數七十頁\編于五點促進劑提高產量的機制：有些促進劑本身是酶的誘導物；有些促進劑是表面活性劑，可改善細胞的透性，改善細胞與氧的接觸從而促進酶的分泌與生產，也有人認為表面活性劑對酶的表面失活有保護作用；有些促進劑的作用是沉淀或螯合有害的重金屬離子。目前三十一頁\總數七十頁\編于五點

有些抑制劑可抑制某些合成產物的途徑而使代謝向所需產物的途徑轉化，常常被用在抗生素和有機溶劑發酵中。氯霉素、植酸、草酸等能抑制噬菌體的繁殖，可用于氨基酸發酵。七、抑制劑目前三十二頁\總數七十頁\編于五點發酵工業常用的抑制劑產物被抑制產物抑制劑鏈霉素甘露糖鏈霉素甘露聚糖去甲基鏈霉素鏈霉素乙硫氨酸四環素金霉素溴化物、硫脲去甲基金霉素金霉素硫磺化合物、乙硫氨酸頭孢菌素C頭孢霉素NL-蛋氨酸利福霉素B其他利福霉素巴必妥藥物甘油乙醇亞硫酸鹽目前三十三頁\總數七十頁\編于五點八、水分水源質量的主要考慮參數包括pH值、溶解氧、可溶性固體、污染程度以及礦物質組成和含量。水是良好的溶劑，菌體所需要的營養物質都是溶解于水中被吸收的。滲透、分泌、排泄等作用都是以水為媒介的；水直接參與代謝作用中的許多反應。所以，水在生物化學反應中占有極為重要的地位。水的比熱高，能有效地吸收代謝過程中所放出的熱，使細胞內溫度不致驟然上升。水是熱的良導體，有利于放熱，可調節細胞的溫度。目前三十四頁\總數七十頁\編于五點九、消沫劑工業發酵中常用一些消沫劑消除發酵中產生的泡沫，保證生產的正常運行。常用的消沫劑有植物油脂、動物油脂和一些化學合成的高分子化合物。目前三十五頁\總數七十頁\編于五點第三節培養基的種類與選擇一、培養基的種類按生產目的和過程分為：孢子培養基、種子培養基和發酵培養基按組成成分：復合培養基、合成培養基按狀態：固體培養基、半固體培養基、液體培養基按用途：選擇性培養基、鑒別培養基、富集培養基、原生質體再生培養基、抗生素生物效價檢測用的生物檢測培養基等。目前三十六頁\總數七十頁\編于五點(一)孢子培養基用途：供制備孢子用。要求：能使孢子迅速發芽和生長，能形成大量的優質孢子，但不能引起菌種變異。注意事項：基質濃度（特別是有機氮源）要低些，無機鹽濃度要適量。

孢子培養基成分因菌不同而異，常用的有麩皮培養基、大（小）米培養基、瓊脂斜面培養基等。目前三十七頁\總數七十頁\編于五點

用途：供孢子發芽和菌體生長繁殖用。

要求：營養成分是易被菌體吸收利用的，同時要比較豐富與完整，其中氮源和維生素的含量應略高些，但總濃度以略稀薄為宜，以便菌體的生長繁殖。

常用原料：因菌不同而不同，常用的有葡萄糖、糊精、蛋白胨、玉米漿、酵母粉、硫酸銨、尿素、硫酸鎂、磷酸鹽等。

(二)種子培養基目前三十八頁\總數七十頁\編于五點種子培養基特點：1.必須有較完全和豐富的營養物質，特別需要充足的氮源和生長因子。2.種子培養基中各種營養物質的濃度不必太高。供孢子發芽生長用的種子培養基，可添加一些易被吸收利用的碳源和氮源。3.種子培養基成分還應考慮與發酵培養基的主要成分相近。目前三十九頁\總數七十頁\編于五點(三)發酵培養基用途：供菌體生長繁殖和合成大量代謝產物用的要求：營養成分和粘度適中，同時考慮各種生化代謝過程，產物合成期pH值等條件不易發生大的變動，也不能影響產物的分離提純。

發酵培養基是發酵生產中最主要的培養基，它不僅耗用大量的原材料，而且也是決定發酵生產成功與否的重要因素。設計時應慎重考慮。目前四十頁\總數七十頁\編于五點二、培養基的設計和篩選1.確定培養基的組成

碳源、氮源、pH、生長因子、前體、促進劑、泡沫、原材料2.確定培養基成分的基本配比和濃度

C、N濃度及比例，生理酸堿性物質比例、無機鹽濃度等3.培養基的篩選單因素、正交試驗、均勻試驗設計、響應面法等目前四十一頁\總數七十頁\編于五點三、培養基設計的注意事項1.pH的控制在微生物培養過程中加入酸或堿或流加某些營養物質調節培養基的pH；注意有些營養物質被利用后培養基的pH變化情況.控制pH最常用的方法是在培養基中添加具有一定緩沖能力的物質作為營養物，如以磷酸鹽作為磷的成分；或者避免使用容易產生生理酸性或堿性成分，使培養基pH波動太大的物質。目前四十二頁\總數七十頁\編于五點2.避免產生微生物不能利用的物質或形成沉淀葡萄糖與銨鹽或氨基酸的氨基在滅菌高溫下作用形成深褐色物質。這種物質不被微生物利用。因此這兩類營養物不宜直接配在一起進行滅菌，而應采用分開滅菌后再加入發酵罐內。硫酸銨中的SO42-與鈣鹽易形成難溶的硫酸鈣，因此二者也不宜直接配成培養基。目前四十三頁\總數七十頁\編于五點3.注意代謝調節物的影響：有些物質存在于培養基中往往能明顯地促進或抑制發酵產物的形成。例如：前體物質、誘導劑、阻遏物、抑制劑、金屬離子目前四十四頁\總數七十頁\編于五點第四節影響培養基質量的因素一、原材料質量的影響有機氮源：加工用的原材料品種、產地、加工方法和儲存條件。（黃豆餅粉、玉米漿、蛋白胨等）碳源：淀粉、葡萄糖和乳糖-不同的原料、產地、加工方法油脂：原料（豆油、玉米油、米糠油、雜魚油）以及儲藏條件和時間的影響

質量控制：監測各種有機氮源中的蛋白質、磷、脂肪和水分的含量，注意酸價變化；重視儲藏溫度和時間無機鹽和前體物目前四十五頁\總數七十頁\編于五點二、水質的影響大生產中使用的水有深井水、自來水、地表水和蒸餾水。含有的無機離子和有機物的含量不同。措施：定期檢測水質，地表水應經過適當的處理目前四十六頁\總數七十頁\編于五點三、滅菌的影響工業發酵中常采用飽和蒸汽滅菌方法殺滅培養基中的有機體。糖類（還原糖）與氨基酸（賴氨酸）、肽類或蛋白質等有機氮源一起加熱，會產生化學反應，形成5-甲基糠醛和棕色的類黑精；糖類還能與磷酸鹽產生絡合反應，形成棕色色素；措施：將糖與其他物質分別滅菌目前四十七頁\總數七十頁\編于五點四、其他影響因素pH值：改變營養物質的濃度比例，尤其是生理酸堿性物質的用量來調節培養基pH值為主，用酸堿調節為輔。培養基粘度：為保證滅菌質量，盡量使培養基液體化目前四十八頁\總數七十頁\編于五點概念培養基生理酸性物質生理堿性物質生長因子前體目前四十九頁\總數七十頁\編于五點要點1.培養基的組成要素2.配制工業發酵培養基的一般要求3.培養基的種類4.影響培養基質量的因素目前五十頁\總數七十頁\編于五點根據原料淀粉的性質和水解使用的催化劑的不同酸解法（acidhydrolysisprocess)

水解的方法酶解法(enzymatic

hydrolysis

process)

酸酶結合法(acid-enzymatichydrolysis)補充內容：淀粉水解糖的制備在工業生產中，將淀粉水解為葡萄糖（glucose）的過程稱淀粉的糖化，制得的溶液叫淀粉水解糖。目前五十一頁\總數七十頁\編于五點

一、淀粉水解制糖的意義大多數微生物不能直接利用淀粉（所有的氨基酸生產菌不能直接利用）2.有些微生物能夠直接利用淀粉作原料，但必須在微生物產生淀粉酶后才能進行，過程緩慢，發酵周期延長。3.若直接利用淀粉作原料，滅菌過程的高溫會導致淀粉結塊，發酵液粘度劇增。目前五十二頁\總數七十頁\編于五點二、淀粉水解糖的制備方法及原理（一）酸解法（acidhydrolysismethod）以酸為催化劑，在高溫高壓下使淀粉水解生成葡萄糖的方法。

目前五十三頁\總數七十頁\編于五點1.水解過程：總反應式：(C6H10O5)n+nH2OnC6H12O6過程：(C6H10O5)n(C6H10O5)xC12H22O11C6H12O6

淀粉糊精麥芽糖葡萄糖

H+對作用點無選擇性，-1,4-糖苷鍵和-1,6-糖苷鍵均被切斷。目前五十四頁\總數七十頁\編于五點2.葡萄糖的復合反應和分解反應在水解過程中，由于受到酸和熱的作用，一部分葡萄糖會發生復合反應和分解反應。目前五十五頁\總數七十頁\編于五點

淀粉

葡萄糖復合二糖5‘－羥甲基糠醛復合低聚糖有機酸、有色物質損失葡萄糖量

7％<1％復合反應分解反應鹽酸目前五十六頁\總數七十頁\編于五點不利影響：（1）降低了葡萄糖的收率。（2）給產物的提取和糖化液的精制帶來困難。復合反應：生成的多數復合糖不能被微生物利用，使發酵結束時殘糖高。分解反應：生成的5‘－羥甲基糠醛是產生色素的根源，增加了糖化液精制脫色的困難。目前五十七頁\總數七十頁\編于五點如何控制分解反應和復合反應的發生？（1）淀粉乳濃度（2）酸濃度不能過高（3）溫度目前五十八頁\總數七十頁\編于五點

3.評價優點：工藝簡單，水解時間短，生產效率高，設備周轉快。缺點：（1）副產物多，影響糖液純度，一般DE值只有90％左右。（2）對淀粉原料要求嚴格，不能用粗淀粉，只能用純度較高的精制淀粉。目前五十九頁\總數七十頁\編于五點DE值：dextroseequivalentvalue

（葡萄糖當量值）表示淀粉糖的含糖量。還原糖含量（％）DE值＝

100％干物質含量（％）目前六十頁\總數七十頁\編于五點（二）酶解法（enzymehydrolysismethod）用專一性很強的淀粉酶及糖化酶將淀粉